酸性气藏泡沫排水复合缓蚀起泡剂研究.pdf

70 石 油与 天 然 气化 工 CHEMI CAL ENGI NEE RI NG OF OI L 8 L GAS 2 O 1 5 酸性气藏泡 沫排水复合缓蚀起泡剂研 究 蒋泽银 李 伟 陈 文 陈 楠 苏福 燕 中 国石 油 西 南 油 气 田公 司 天 然 气研 究 院 刘 爽 摘 要 酸性气藏在酸性 气体及地层水的共同作用下， 对油套管有较 大的腐蚀。在对酸性 气藏进 行 泡排 时 ， 需要使 用缓 蚀 剂进 行腐 蚀 防护 ， 而起 泡 剂和缓 蚀 剂之 间存 在 配伍性 的 问题 。针 对川 渝酸 性 气 藏 气水质 特 点 ， 通过优 选 适 用于矿 化度 为 0 2 9 3 g L的起 泡 组 分 、 配伍 的水 溶 性缓 蚀 组 分 以及 起 泡组 分 和缓 蚀组 分 的复 配和 性 能评 价 ， 研 制 出复合 缓蚀 起 泡剂 C T5 7 F 。该 剂在 矿 化 度 为 0 2 9 3 g L的 地 层 水 中 、 质 量浓 度 为 1 5 g L 时 ， 起 泡能 力 大于 1 8 5 mm、 3 rai n泡 高 大 于 1 6 5 mm、 1 5 rai n携 液 量 大 于 1 5 2 mL、 腐蚀速 率低 于 0 0 7 6 mm a 、 缓 蚀 率大 于 8 0 ， 可 用 于酸性 气藏 的 泡排 和 防 腐 。 关 键词 酸性 气藏 泡沫排 水缓蚀 起 泡剂 腐 蚀 中图分 类 号 ： TE 3 5 7 3 文 献标 志码 ： A D OI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 3 4 2 6 2 0 1 5 0 2 0 1 5 Re s e a r c h o f c o r r o s i o n i nh i b i t i o n a nd f o a m i n g c o m po u nd a g e n t f o r a c i d i c g a s r e s e r v o i r Ji a n g Ze y i n，Li W e i ，Ch e n W e n，Ch e n Na n，S u Fu y a n，Li u S hu a n g ( Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Na t u r a l G a s Te c h n o l o gy，Pe t r o Ch i n a S o u t h we s t Oi l a n d Ga e l d Co mp a n y) Ab s t r a c t ：Co r r os i o n r a t e s o f t u bi n g a nd c a s i ng c ou l d b e e xc e s s i ve i n a c i d i c g a s r e s e r vo i r f o r t he i n t e r a c t i o n of t he a c i d g a s a nd f o r m a t i o n wa t e r The r e f o r e， we l l s be i n g t r e a t e d wi t h f o a m i n g a ge nt s h oul d a l s o b e t r e a t e d wi t h a n a pp r o p r i a t e c o r r o s i o n i n hi b i t o r s i m u l t a ne ou s l y Ho w e v e r ，m i x i ng c o r r o s i on i n hi b i t o r a nd f o a m i n g a g e n t wo ul d l e a d t o c he mi c a l i nc ompa t i b i l i t y Ba s e d o n t he c h a r a c t e r i s t i c s of a c i d i c ga s r e s e r v o i r i n Si c hu a n a nd Ch on gq i ng，t hr o ug h t he o pt i mi z a t i o n o f f o a m i n g a g e nt a p pl y i ng t o s a l i n i t y r a n g e o f 0 2 9 3 g L a n d wa t e r s o l u b l e c o r r o s i o n i n h i b i t o r ，wi t h t h e d i s t r i b u t i o n a n d p e r f or ma nc e e va l u a t i o n o f t he m 。CT5 7 F ha s b e e n d e v e l o pe dThi s c o m po un d a g e nt c ou l d be u s e d i n t he f o r ma t i o n wa t e r wi t h s a l i n i t y f r o m 0 t o 2 9 3 g L，Wh e n t h e d o s a g e i s 1 5 g L，p r o d u c i n g f o a m a b i l i t y i s m o r e t h a n 1 85 m m ，f oa m s t a bi l i t y i s m o r e t h a n 1 6 5 m m ，l i q ui d c a r r yi n g vo l ume i s m o r e t h a n 1 5 2 mL 1 5 rai nc o r r o s i o n r a t e i s l o we r t h a n 0 0 7 6 mm a a n d i n h i b i t i o n r a t e i s mo r e t h a n 8 0 ，c a n b e u s e d i n a c i di c na t ur e ga s f i e l d Ke y wo r d s：a c i di c g a s r e s e r v o i r ， f o a m de wa t e r i ng，c o r r os i o n i n hi bi t i on a nd f o a m i ng c o m po un d a g e nt ，c o r r os i o n 川渝地 区的气藏 中 ， 含 H s和 C O：的酸性气 藏 较多 。目前 ， 西南油气 田主要的生产层系石炭系、 雷 口 坡、 飞仙关 、 嘉 陵江组 等酸性气 藏 的 7 0 0余 口生产井 中 ， 泡排 井 约 占 1 3 。 由于 H。 S 、 C O 及 地层 水 的共 同 作 用对 油 套管 有较 大 的腐蚀 ， 因此 ， 在投 产初 期普 遍采 用加 注缓 蚀剂 的方 法 进 行 油 套 管 的 腐蚀 防 护 ， 而 开 采 到 中后期 需要 实 施泡 排 时 ， 由 于缓 蚀 剂 与 起 泡 剂 会 相 互影 响 ， 大 多数井 为 了维 持正 常 的生产 ， 停 J J U 缓蚀 作者简介 ： 蒋泽银 ( 1 9 7 5 一) ， 高级工程师 。1 9 9 8年毕业 于四川 大学化 学工程 系有机 化工 专业 ， 2 0 1 0西 南石 油大学 石油 与天然 气工程专业硕 士毕 业 ， 长期从 事天然气井泡沫排水采气研究 工作 。E - ma i l ： j i a n g z y p e t r o c h i n a c o 。 “ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 4卷 第 2 期 蒋泽银 等 酸性气藏泡 沫排水复合缓蚀起泡剂研究 剂 ， 如 川东 石 炭 系气 藏 。也 有部 分 井 采 取 缓 蚀 剂 与起 泡剂交替加注 的方式 ， 如 川 中雷一 气藏 的部分产水 量较小的井 。在停注缓蚀剂 的泡排井 的修井作业 中， 发现部分井的油管腐蚀严重 ， 甚至造成 了油管断落 。 对 于酸 性 气 藏 的 泡 沫 排 水 采 气 ， Ma r e k P a k u l s k i 的研 究认 为 ： 起 泡 剂作 为一 种 良好 的润 湿剂 ， 可 能会 加快油套管腐蚀 ， 而起泡剂和缓蚀剂同时使用 ， 通常比 不用缓蚀剂的腐蚀低 ； 为了在泡排的同时降低腐蚀 ， 需要 选择 适 当 的起泡 剂 和缓 蚀 剂 进 行 复 配 ； 可 以通 过选 取相 互 配伍 的起 泡 剂和缓 蚀 剂复 配形 成 具有 一定 缓蚀 作 用 的缓 蚀起 泡 剂 配 方 1 。S a mu e l C a mp b e l l 等 对起泡剂 与缓蚀剂联合处理 提高气井产量 的研究认 为 ， 在泡排过程中， 腐蚀 可能很严重 ， 需要采取措施减 轻腐蚀 ， 并在 4口不同类型的气井中， 使用缓蚀剂和起 泡剂复配 的药剂 后 ， 腐蚀 速 率大 幅 降低 ( 降至0 0 2 5 mm a以 下 ) 、 产 气 量 增 加 并 维 持 了 气 井 的 正 常 生 产 。 2 0 0 2年 2 O 1 1年 ， 中原 油 田、 江 苏 油 田及 西 南 石 油 大学 开展 了起 泡剂 与 缓蚀 剂 的配伍 性 评价 及现 场应 用 ， 缓蚀率 6 2 8 0 3 - 5 。西南油气 田公 司也先后 在 张家 场 、 中坝 雷三 中 2 1 井 、 五 百梯 天东 5 1井 和龙 岗 气 田开展了泡排 防腐 的配伍性及联作技术的研究及应 用 ， 取得 了较好 的效 果 l 6 。 l 复合缓蚀起泡剂研 究 川 渝地 区酸性气 藏 地层 水 矿 化度 分 布 范 围 为 0 2 9 3 g L， 不 同酸性气田或同一酸性气田不同区块 的气 质 和水 质差 异 大 。而 起 泡 剂 有 较强 的选 择 性 ， 不 同 起 泡 剂适 用 的水 质矿 化度 不 同 。根据 川渝 地 区酸性 气 田 气 、 水质情况 ， 通过优选起泡组分和配伍的水溶性缓蚀 组 分进 行复 配 ， 形成 复 合缓 蚀起 泡剂 配方 。 1 1 起 泡 组分 优选 室 内选取了甜菜碱类两性离子 A、 磺酸盐类 阴离 子 B和 C以及氧 化 叔 胺 类 阳离 子 D 4种 起 泡 组 分 在 不同矿化度地层水 中的泡排性能进行 了评价研究 ( 表 1 ) 。起 泡能 力 、 稳 泡 性按 G B T 1 3 1 7 3 2 0 0 8 表 面 活 性剂 洗 涤 剂试 验 方 法 中 R o s s Mi l e s 法 测 定 ， 携 液量 采用 S Y T 5 7 6 1 1 9 9 5 排水采气用起泡剂 C T5 2 中 规定的泡沫携液量测定装置测定 ， 温度 9 0、 质量浓 度 1 0 g L。 表 1 4种起泡组分在不 同矿化度地层水 中的泡排性能 Ta bl e 1 Foa m- de wa t e r in g p er f o r man c es of 4 f oa mi n g co mp on en t s i n di ff er en t s al i n i t y f or mat ion wat er 适 水 能 泡 m m 祧 m m 性 髓 mL g L 水型 组分 水样 能力 ( ) 由表 1可见 ， 两性 离子起 泡 组分 A 适应 的矿 化 度 范 围广 ， 在 0 2 9 3 g L的矿 化度 下都 具有 良好 的泡排 性能， 而其他 3种起泡组分适应的矿化度范围小 ， 不能 同时满足高 、 低矿化度地层水气井 的泡排。从甜菜碱 类两性离子的分子结构上分析 ， 由于 A 中既含有磺基 阴离子基 团又含有 季 胺 阳离子 基 团 ， 且 阴离 子 和 阳离 子 基 团可形 成稳定 的 内盐 ， 故 同时 具有 阴离 子 和 阳离 子 基 团的性 能 ， 对 外 又表现 出非 离子 的特性 。因此 ， 两 性离子起泡组分 A 比单独 的阴离子和 阳离子 的起泡 组分具有更优的适应矿化度的能力。 1 2缓蚀 组分 的选取 根 据起 泡组分 A两 性离 子 的特 点 ， 从 配伍 性 方 面 考虑 ， 选取了酰胺类 E、 咪唑啉季铵盐 F和喹啉季铵盐 C I 一 1 5 N等 3种水溶性缓蚀组分， 并对 3种缓蚀组分与 起泡组分 A复合使用 的泡排性能和防腐性能进行 了 评 价 ， 结果 见 表 2和表 3 。防腐 性 能 按 S Y T 5 2 7 3 2 0 0 0 油 田采 出水 用缓 蚀剂性 能评 价方 法 评价 。评 价 条 件 ： p (H2 S ) 1 4 0 0 mg L， p ( C O2 ) 2 5 0 mg L， 温度 8 O 。 C， 常压 ， 试验周期 7 2 h ， 材质 B G9 5 S S 。 由表 2可见 ， 3 种缓蚀组分与起泡组分 A复合使 用的泡排性能良好 。由表 3可见， 缓蚀组分 C I 一 1 5 N与 起泡组分 A复合使用的防腐性能最优 ， 腐蚀速率均小 于 0 0 7 6 mm a ， 且其缓蚀率总体优于缓蚀组分 F， 而 缓蚀组 分E的腐 蚀 速率大 于0 0 7 6 ram a 。 因此 ， 选 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油与 天 然气 化 工 CHEMI CAL ENGI NEERI NG 0F 0I L GAS 表 2缓 蚀组分对起泡组分 A泡排性能 的影响 Ta bl e 2 I n f l u en c e o f c o r r os i on i n hibit i on c o mpo n en t on f o am- d ewa t er i n g p er f or man c e s of f o a mi n g c ompo n en t A 表 3起 泡组分对缓蚀组分的缓蚀性 能的影响 Tabl e 3 I n f l u en c e of f o amin g c omp o n en t o n c or r os i o n n hi bi t ion per f o r ma n ce s B G9 5 S S材 质 、 p ( H2 S ) I 4 0 0 mg L 、 p ( CO2 ) 2 5 0 mg L。 图1 复合缓蚀起泡剂外观 Fi g ur e 1 App e ar an c e o f c or r o sion n hibit ion a nd f o aming c omp ou n d a gen t 表 4复合缓蚀起泡剂泡排及 防腐 性能 Ta b l e 4 P e r f o r ma n c es o f f o a m- d e wa t e r in g a n d c o r r o s i o n in h ibit i o n 由图 1 可 见 ， 形 成 的复 合 缓 蚀 起 泡 剂 为 均 一 透 明 液体 ， 无 沉淀和分 层。由表 4可见 ， 在矿化 度为 0 2 9 3 g L的地层水中， 泡排性能较好 ， 腐蚀速率均低 于 0 0 7 6 mm a ， 缓蚀 率 大 于 8 O 。 2 结 论 ( 1 )川 I 渝 地 区酸性 气 田泡 排 防腐 现状 及 国 内外 酸 取喹啉季铵盐 C I 一 1 5 N作为复配用缓蚀组分 。 性气藏泡排防腐研究情况表明， 在酸性气藏泡排 的同 从分子结构上分析 ， 起泡组分 A 为含有酰胺 、 磺 基 阴离子 和 季铵 阳离 子 基 团 的两 性 离 子 表 面 活性 剂 ， 与喹啉季铵盐接触后 ， 其磺基 阴离子基 团可与喹啉季 铵盐 的 阳离 子基 团结 合 ， 形 成 一 种 同时 具 有 3个 氮 原 子的物质 ， 增加了缓蚀成分的吸附中心 ， 因此 ， 两者之 间有 较好 的 缓蚀 协 同性 。 1 3复 合 缓蚀起 泡 剂配 方及 性 能 C I 一 1 5 N缓蚀组分和起泡组分 A按 1：2 0的比例 复配形成复合缓蚀起泡剂 C T5 7 F 。复配后 的起泡剂 外观见图 1 ， 配方的泡排、 防腐性能如表 4所示 。评价 条件 ： 起 泡 能 力、 稳 泡性 、 携 液量 测 试 温度 9 O ， l 0 ( C T5 7 F ) 1 5 g L， 腐 蚀评价温度 8 O。C、 常压 、 7 2 h ， 时， 有必要加注缓蚀剂进行油套管的腐蚀防护 。 ( 2 )国内外 酸性气 藏 泡排 防腐 研 究及 本 研 究结 果 表 明 ， 可通 过选 取配 伍 的起 泡 组 分 和 缓蚀 组 分 进 行 复 配 ， 形 成 同时达 到泡 排及 防腐 蚀 要求 的缓 蚀起 泡 剂 。 ( 3 )本研 究通 过优 选 适用 矿化 度 范 围较 广 的 起泡 组分和水溶 性缓蚀组分 ， 研制了 C T5 - 7 F复合缓蚀起 泡剂 。该 剂在 矿化 度 0 2 9 3 g L的地层 水 中 ， 质 量浓 度为 1 5 g L时 ， 起 泡 能力 大 于 1 8 5 mm、 3 mi n泡 高 大于 1 6 5 mm、 1 5 mi n携液量大于 1 5 2 mL、 腐蚀速率 低于 0 0 7 6 mm a 、 缓蚀 率大于 8 O 。可用于酸性气 藏 的泡排 和 防腐 。 ( 下转 第 9 O页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 0 石油与天然气化工 CHEMI CAL E NGI NEERI NG 0F 0I L GAS 2 O 1 5 芝 辞 枷 替 复合 因素组合 图6 不同渗透率岩心伤害程度的正交实验结果 Fi g ur e 6 Oh og on al e x pe r i men t a l r e s ult s o f da ma ge ex t en t of c or e wit h diffe r e nt p e r me ab i l it y 以控制储层伤害率在 2 0 以内为基准 ， 对 A级别 岩样 ： lD ( S S ) 4 mg L、 d 3 m、 lD ( O) 1 0 mg L可 行 ； 对 B级 别岩 样 ： lD ( S S ) 4 mg L、 d 3 z m、 10 ( O) 5 mg L或者 p ( S S ) 3 mg L、 3 , I n 、 P ( o) l O mg L可行 ； 对 C、 D 级别 岩 样 ： p ( S S ) 3 mg L、 3 m、 lD ( O) 1 0 mg L可行 。 综 合考 虑 ， 应 控 制 注 水 水 质 的 悬 浮 物 粒 径 d 3 m， p ( S S) 3 mg L， lD ( O) 1 0 mg L。 4 结 论 ( 1 )由于沙河街组储层伊蒙混层含量较高 ， 其黏 土矿物的膨胀 、 分散及运移对储 层 的伤 害不容忽视 。 其 中， 水敏性伤害最为突出， 建议注入水 中加入黏土稳 定 剂 。 ( 2 )回注过程中结钙质垢是清污混合 回注时损害 储层的关键因素之一。结垢指数满足污水回注清污 混注 清 水 ； 若 生 产污 水能 够满 足配 注量 时 ， 建议 只注 污水 ； 若 还需 要清 水补 充 时 ， 建议 选 择清 污交 替 注入 或 者添 加适 量 C a C O。 垢 抑制 剂 。 ( 3 )污 水水 质不 达标 是造 成储 层 损 害 的另 一 关键 因素 。其 中， 污水悬浮物含量高， 对储集层孔喉堵塞的 影 响较大 ， 需严 格 控 制 。推 荐 注 水 水 质 的 悬 浮 物粒 径 3 m， P( S S ) 3 mg L， lD ( O) 1 0 mg L。 参 考 文 献 1 杨海博 ，唐洪明 ， 耿亭 ，等川 中气 田水 回注大安寨 段储层配伍 性 研究 J 石油与天然气化工 ，2 0 1 0 ，3 9 ( 1 )： 7 9 8 2 2 3吴新 民， 付伟 ，白海涛 ，等姬塬油 田注入水 与地层 水配伍性研 究 J 油 田化学 ， 2 0 1 2 ，2 9 ( 1 ) ：3 3 3 7 3 吕秀芝蓝 9 - 2 1块沙三段储层注入水与储层配伍性研究 J 油 田 化 学 ，2 0 1 2 ，2 9 ( 2 ) ：1 7 6 1 7 9 4 李海涛，李洪建 ， 赵敏砂岩储层配伍性注水水质方案研究 J 西 南石油学院学报 ，1 9 9 7 ，8 ( 3 ) ：3 5 - 4 2 5 3贾忠伟 ， 杨清彦 ，张江 ，等大庆油 田低渗透油层注水伤 害实验研 究 J 大庆石油地质与开发 ， 2 0 0 7 ，2 6 ( 1 ) ：7 2 7 5 6 李明忠 ， 秦积舜 ，郑连英注水水质 造成油层 损害的评价技 术E J 石油钻采工艺 ， 2 0 0 2 ，2 4 ( 3 ) ：4 0 4 2 7 王尤富 ， 付利琴 ，赖必智 ，等注入水 中的固相颗粒 与储 层损害关 系的试验研究E J 江汉石油学院学报 ， 2 0 0 9 ，3 1 ( 5 ) ：1 4 3 1 4 4 8 B AR KMAN J H， DAVI D S ON D HMe a s u r i n g wa t e r q u a l i t y a n d p r e d i c t i n g we l l i mp a i r me n t E J J P e t r o l Te c h n o l ，1 9 7 2 ，2 4( 6 ) 8 6 5 8 7 3 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 1 3 ； 编 辑 ： 冯 学 军 ( 上接 第 7 2页) 参 考 文 献 1 P AKUL S KI M，MARTI N RS y n e r g i s m a n d a n t a g o n i s m o f f o a mi n g a g e n t s a n d c o r r o s i o n i n h i b i t o r s C S P E 6 5 0 1 6 ，2 0 0 1 r 2 C AMP B E L L S ，R AMA CHANDRAN S，B AR TRI P KC o r r o s i o n i n h i b i t i o n f o a me r c o mb i n a t i o n t r e a t me n t t o e n h a n c e g a s p r o d u c t i o n C S P E 6 7 3 2 5 ，2 0 0 1 3 3郭辉 ，毛彦一 ， 朱丽娜 ，等泡沫排水起泡剂 的研制与应用 J 特 种油气藏 ，2 0 0 2 ，9 ( 4 ) ：7 4 7 6 4 费海虹盐城气 田泡沫排水采气用 起泡剂 的室 内实验筛选 J 油 田化学 ，2 0 0 6 ，2 3 ( 4 ) ： 3 2 9 3 3 3 5 周飞 ，刘建仪 ，张广 东，等新型起泡剂 L z的研制及评 价_ J 应 用化工 ，2 0 1 1 ，4 0 ( 1 O ) ：1 7 9 6 1 7 9 9 E 6 熊颖 ， 贾静 ，刘爽 ， 等抗高温泡沫排水用起泡剂的研究 与性能评 价 J 石油与天然气化 工，2 0 1 2 ，3 1 ( 3 ) ： 3 0 8 3 1 0 E 7 3蒋泽银 ，刘友权 ，石 晓松J I I 中须 家河气 藏泡 排技术 研究 与应用 口 石油与天然气 化工 ， 2 0 1 0 ，3 9 ( 5 ) ：4 2 2 4 2 6 8 蒋泽银 ， 唐永 帆，林德建 ，等J I I 西 白马庙低产浅井 泡排试验及认 识 J 石油与天然气化工 ， 2 0 0 6 ，3 5 ( 6 ) ：4 6 2 4 6 3 9 艾天敬 ， 钟 晓瑜 ，王南伟 ，等张家场气 田泡沫排水 采气与气井 防 腐配伍性研究及应用 J 钻采工艺 ，2 0 0 l ，2 4 ( 6 ) ：2 6 2 9 1 0 蒋泽银 ，唐永 帆 ， 石晓松 ，等中 2 1井泡沫排水技术研究及效 果 评价 J 天然气工业 ，2 0 0 6 ， 2 6 ( 7 ) ：9 7 9 9 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 1 1 ； 编 辑 ： 冯 学 军 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m